電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在輸電線路勘測設(shè)計中的應(yīng)用

郭 磊，肖 明

（贛州宏遠電力勘測設(shè)計院有限公司，江西贛州 341000）

0 引言

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)是將處理后衛(wèi)片，航片疊加數(shù)字高程模型及電網(wǎng)信息、道路、居民地，水系等地理要素的綜合三維可視化系統(tǒng)平臺，它能給人帶來“身臨其境”的感覺。電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在電網(wǎng)規(guī)劃，輸電線路設(shè)計、施工及運行維護等有著廣泛的應(yīng)用[1]。

輸電線路是位于地理空間中的人工構(gòu)建物，其線路距離長，通過地區(qū)的地理條件比較復(fù)雜，與眾多電力線路和通訊線路交叉跨越，并且通常會通過居民區(qū)、公園和其它特殊區(qū)域。輸電線路及其桿塔位置與地理空間位置密切相關(guān)，特別是在垂直方向上的層次信息尤為重要，這使得二維地理信息系統(tǒng)無法達到其管理的需求。近年來，計算機圖形學的發(fā)展和計算機硬件性能的成倍提高使得三維表現(xiàn)技術(shù)日益完善，通過這些技術(shù)，我們能夠構(gòu)造更接近于現(xiàn)實的三維地表模型和各類設(shè)備模型，使得輸電線路設(shè)計從二維向三維發(fā)展[2]。

本文將根據(jù)推進輸電線路三維設(shè)計以及全過程機械化施工要求和工程實際情況，分析三維設(shè)計系統(tǒng)在輸電線路全過程設(shè)計中的應(yīng)用，提高輸電線路工程的經(jīng)濟、環(huán)境、社會效益。

1 電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)

電網(wǎng)三維系統(tǒng)設(shè)計平臺完整梳理例了輸電線路設(shè)計信息管理流程，總體包括項目管理、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理、線路路徑選線分析、線路設(shè)計成果管理、模型庫管理、空間分析、工程成果查詢統(tǒng)計以及系統(tǒng)管理等多個功能模塊；同時提供線路設(shè)計、分析統(tǒng)計、方案優(yōu)化等業(yè)務(wù)相關(guān)功能。完成三維立體選線與平斷面導(dǎo)出功能等功能，見圖1。

圖1 電力三維設(shè)計系統(tǒng)功能簡介圖

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)成主要由數(shù)據(jù)（包括三維數(shù)據(jù)，電網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的其他數(shù)據(jù)）、處理數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，計算機硬件等構(gòu)成。其中最重要的是高精度高程數(shù)據(jù)和高分辨率的影像等三維數(shù)據(jù)，它們是三維可視化的基礎(chǔ)，詳見圖2。

圖2 電力三維設(shè)計系統(tǒng)功能示意圖

1.1 DEM與DOM的獲取—激光雷達技術(shù)

激光雷達技術(shù)簡稱為LIDAR：該技術(shù)可以實現(xiàn)空間三維坐標的快速、準確地獲取，并根據(jù)實時攝影的數(shù)碼像片，通過計算機重構(gòu)來實現(xiàn)大型實體或場景目標的三維數(shù)據(jù)模型，再現(xiàn)客觀事物的實時的、真實的形態(tài)特性，為快速獲取空間信息提供了簡單有效手段。

根據(jù)載體的不同，LIDAR技術(shù)主要分地面三維激光掃描技術(shù)和機載激光雷達掃描技術(shù)兩大類，顧名思義，地面二維激光掃描系統(tǒng)的空間載體是地面。它將激光掃描儀直接與數(shù)碼相機、GPS相結(jié)合，對目標物進行掃描成像，獲取激光反射回波數(shù)據(jù)和目標表面影像，并在軟件支持下構(gòu)建三維數(shù)字模型和紋理的精確貼圖，從而達到目標物快速、有效、精確的三維立體建模。

機載激光雷達系統(tǒng)則是一種高速度、長距離的航空測量設(shè)備，該系統(tǒng)由激光測高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導(dǎo)儀）和高分辨率數(shù)碼照相機組成，實現(xiàn)對目標物的同步測量。

機載LIDAR系統(tǒng)是為綜合航攝影像和空中數(shù)據(jù)定位而設(shè)計的新技術(shù)手段，它能為測繪工程、數(shù)字地圖和GIS應(yīng)用快速提供精確的空間坐標信息和三維模型信息。

1.2 激光雷達技術(shù)在測繪中的應(yīng)用

1）快速獲取數(shù)字高程模型LIDAR技術(shù)最主要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品是高密度、高精度的激光點云數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)直接反映點位的三維坐標。通過自動或人工交互處理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目標上的點云進行分類、濾波或去除，然后構(gòu)建不規(guī)則二角網(wǎng)TIN，就可以快速提取DEM。由于激光點密度大，數(shù)目多，使得生產(chǎn)高精度、高分辨率的DEM也成為可能，因此它是解決快速進行DEM數(shù)據(jù)采集的最有效方法，其產(chǎn)品精度甚至可以滿足多行業(yè)對高程的需求。

2）獲取數(shù)字正攝影像圖（DOM）數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)生產(chǎn)DOM方法是通過數(shù)字攝影測量的方法實現(xiàn)的。數(shù)字攝影測量作業(yè)工序繁瑣，設(shè)備要求和技術(shù)路線非常嚴格對生產(chǎn)人員的技能要求比較高；而機載激光雷達優(yōu)化技術(shù)提取的地面三維坐標，完全滿足高精度影像微分糾正的需要，使得DOM的生產(chǎn)變得相當容易，可以無需使用數(shù)字攝影測量這種昂貴的專業(yè)平臺，在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中即能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

相比傳統(tǒng)的航空攝影，激光雷達技術(shù)一次可以獲取到，高精度的大面積的數(shù)字高程數(shù)據(jù)和數(shù)字正攝影像圖。所以激光雷達技術(shù)已成為各種三維設(shè)計系統(tǒng)主要的三維數(shù)據(jù)來源之一。

通過測量提供的Dom即時影像數(shù)據(jù)、Dem地形數(shù)據(jù)及Dsm地物數(shù)據(jù)在三維輸電線路設(shè)計平臺里建立真實的場景。局部效果圖如圖3所示：

圖3 本工程線路通道三維大場景展現(xiàn)

2 電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在輸電線路勘測設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本文依托某220 kV線路工程，初設(shè)路徑方案亙長35.6 km，其中新建單回線路31.6 km，原線路單改雙1.8 km。線路起迄點航空距離為27.2 km，曲折系數(shù)1.31.全線新建段采用單回架空架設(shè)，改造段和利舊段采用雙回架空架設(shè)。

線路所經(jīng)地段根據(jù)地貌成因、地形標高和形態(tài)特征大致可劃分為兩種地貌類型：侵蝕剝蝕丘陵區(qū)和沖洪積平原，地勢較開闊，起伏不大，植被較發(fā)育。海拔標高在50 m～200 m之間，沿線地形比例為：泥沼10%，河網(wǎng)30%，丘陵60%。

2.2 輸電線路三維設(shè)計

隨著電力企業(yè)精細化管理水平不斷提高和設(shè)計精度不斷加深，輸變電三維設(shè)計技術(shù)已經(jīng)比較成熟并被廣泛應(yīng)用。全國各省、市設(shè)計院都已經(jīng)逐步開展輸變電三維數(shù)字化設(shè)計工作，并支持將設(shè)計成果進行數(shù)字化移交。通過三維數(shù)字化設(shè)計，不僅能夠有效提高輸電線路設(shè)計精度和設(shè)計質(zhì)量，更好服務(wù)于工程評審及業(yè)主深度要求，同時也是企業(yè)提高自身設(shè)計水平和市場競爭力的重要技術(shù)支撐。電力三維數(shù)字化設(shè)計平臺是以技術(shù)和生產(chǎn)結(jié)合為主要形式，將傳統(tǒng)輸變電線路設(shè)計方法和新技術(shù)手段相結(jié)合，服務(wù)于輸變電工程可研、初設(shè)、施工、竣工等設(shè)計過程而打造的三維協(xié)同設(shè)計平臺，已逐步成為當前各個設(shè)計院由傳統(tǒng)作業(yè)模式向新型的信息化作業(yè)模式轉(zhuǎn)變、提高設(shè)計精度和效率的有效手段。

三維設(shè)計是輸電線路設(shè)計發(fā)展的大趨勢。一條完整的線路往往要延續(xù)幾十甚至幾百千米，這使得相應(yīng)的數(shù)字地面模型規(guī)模巨大，加上眾多的河流、道路、居民區(qū)等地表特征物模型和數(shù)以千萬計的輸電設(shè)備模型，導(dǎo)致整個三維場景結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如果沒有較好的數(shù)據(jù)模型和管理策略，系統(tǒng)難以達到預(yù)定的顯示效果，更談不上良好的交互式界面。

2.3 三維設(shè)計平臺內(nèi)的路徑優(yōu)化

路徑優(yōu)化是線路設(shè)計階段一項重要的基礎(chǔ)工作，傳統(tǒng)的路徑選線、優(yōu)化采用五萬分之一的地形圖或衛(wèi)星照片進行，由于地形圖多為上世紀八九十年代的老圖，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)不夠新更新緩慢，地物、地貌與現(xiàn)場實際情況有較大的差別，通常仍然需要大量的現(xiàn)場測量工作，對于山區(qū)起伏較大的地區(qū)難以直觀判斷出地形情況，局部排位優(yōu)化較困難，空間表現(xiàn)和分析能力都有很大的局限性。

近年來隨著無人機、傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，在輸電線路設(shè)計、運維方面已具有了成熟的應(yīng)用條件。無人機攜帶起飛方便，可快速的進行線路走廊的航測，而傾斜攝影測量它是同一臺無人機上搭載著五鏡頭相機從垂直、傾斜等多角度采集影像數(shù)據(jù)、還可以獲取精確的定位信息。從而獲取完整準確的紋理數(shù)據(jù)和定位信息。將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維數(shù)字化選線系統(tǒng)，結(jié)合沿線收資的障礙物信息和現(xiàn)場調(diào)查取得的生態(tài)保護區(qū)等情況，可方便的進行精細化的路徑優(yōu)化工作。圖4、圖5和圖6是本工程采用無人機優(yōu)化選線的部分影像：

圖4 220 kV變電站無人機航拍圖

圖5 鉆越500 kV線路無人機航拍圖

圖6 跨江處無人機航拍圖

路徑選擇應(yīng)綜合考慮地形、規(guī)劃，居民地，礦區(qū)因素，還應(yīng)考慮機械施工的因素，降低輸電線路施工和運行維護成本，詳見圖7、圖8。

1）路徑選擇采用電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)，在操作前應(yīng)把搜集的最新的衛(wèi)片、航片，高精度的數(shù)字高程模型等加載進去，同時把收集的路網(wǎng)規(guī)劃圖、城市規(guī)劃圖、礦區(qū)，風景名勝區(qū)等數(shù)據(jù)疊加。

通過航測建立起來的三維選線平臺數(shù)據(jù)新，利用平臺的地物補充添加以及量測功能，可準確獲取地物（房屋、距離、樹木、河流等）的平面信息與高程信息，通過平面與斷面的對比分析實現(xiàn)多方案的優(yōu)選。

圖7 本工程選線過程示意圖

圖8 對周邊建構(gòu)筑物空間距離校驗

2）隨著近幾年電網(wǎng)的快速發(fā)展，為節(jié)省土地資源，多條同塔多回路輸電線路并行公用一個電力廊道已是一個普遍現(xiàn)象，以往通過Google earth地圖和現(xiàn)場實測部分塔位來確定線路走向，需要占用大量時間、人力、物理而且效率低下。本工程采用無人機航拍線路通道，結(jié)合三維地理信息系統(tǒng)精準的影像數(shù)據(jù)，完全滿足設(shè)計需求，快捷、高效。

本工程線路與某220 kV線路和110 kV線路部分走廊平行（見圖9），中間還要預(yù)留遠期110 kV線路走廊，通過平臺優(yōu)化，利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息和各類工程障礙物信息，可以很直觀的發(fā)現(xiàn)線路走廊通道內(nèi)存在的問題并加以分析和總結(jié)。特別是在擁擠地段，通過三維風偏電氣間隙校驗和三維施工模擬更好第進行路徑方案選擇和優(yōu)化，確定最優(yōu)、最合理的路徑方案。

圖9 線路與220 kV線路和110 kV線路平行校驗

3）以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過各種測量方式獲取相關(guān)信息，可以對“三跨”等重要交叉跨越以及鉆越高電壓等級線路進行精確的三維實景模擬（見圖10）。結(jié)合桿塔、基礎(chǔ)和導(dǎo)線的精細化模型，可以準確的計算輸電線路與交叉跨越設(shè)施的交叉跨越距離，直觀地判斷設(shè)計方案是否滿足規(guī)范要求，有效的保證路徑方案的可行性。

圖10 本工程線路鉆越500 kV線路

4）線路選擇時盡可能靠近能施工車輛能進入的道路。利用無人機航拍結(jié)合電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)的三維影像，桿塔選擇能盡量避開機械化施工困難的場地，同時臨時道路最短的位置（見圖11、圖12）。

圖11 無人機航拍線路周邊道路

圖12 三維設(shè)計系統(tǒng)下路徑選線

5）三維輸電線路設(shè)計平臺快速建立房屋三維模型，對擁擠地段房屋面積、層數(shù)、結(jié)構(gòu)及材質(zhì)進行準確統(tǒng)計，能夠從不同角度對地面建構(gòu)筑物進行全方位展示，可以準確的量測各建構(gòu)筑物的高度、長度等信息（見圖13）。

圖13 三維設(shè)計系統(tǒng)下跨越信息展示

2.4 平斷面測量階段

準備工作，把最終選定好的路線生成的坐標文件轉(zhuǎn)換成一般導(dǎo)航軟件支持的格式（如KMl、gpt等格式），使用導(dǎo)航儀每個測量小組都能實時導(dǎo)航，方便快捷到達要測量的位置，避免迷路，少走彎路。

1）以往的外業(yè)勘測中發(fā)現(xiàn)勘測總不盡人意，問題關(guān)鍵在于不能根據(jù)已有資料對各階段工作量進行優(yōu)化安排，使用電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)對基準站位置和每天的工作量進行優(yōu)合理安排，既能保證工程精度，又能使工期大大提前，大大節(jié)約線路勘測設(shè)計成本。

2）司機根據(jù)導(dǎo)航能找到距離測量地點最近的公路，減少測量人員徒步走路的時間；另外可通過共享地理位置，其他勘測小組成員也能實時看到你所在的位置，最大限度保障勘測人員安全。

2.5 桿塔定位調(diào)整

在電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)好路徑后，對于電力走廊比較緊張的地段，如房屋比較密集區(qū)，外業(yè)現(xiàn)場測量后，調(diào)整路徑方案（見圖14）。

通過電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)平斷面成圖模塊，沿線路路徑切二維剖面圖，二維平斷面圖和三維場景模型是聯(lián)動的，設(shè)置好工程基本參數(shù)后，二維平斷面內(nèi)排隊的每一基桿塔在三維場景內(nèi)都是隨時對應(yīng)更新的，可以方便的校驗電氣距離、塔位邊坡等，發(fā)現(xiàn)不滿足鐵塔使用條件的立馬現(xiàn)場再調(diào)整。同時三維場景內(nèi)路徑的調(diào)整也會實時的重新切出二維斷面，相較傳統(tǒng)改線作業(yè)需要到現(xiàn)場重新選線、測量、繪制斷面，大大降低了勞動強度，極大的提高了工作效率，降低了設(shè)計成本。經(jīng)過幾年的工程經(jīng)驗在植被較少的地方，電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)與實測圖較為接近，在植被比較茂密且地形變化較大的地方，但也能夠滿足初設(shè)階段用途需要。

圖14 線路三維設(shè)計系統(tǒng)下二、三維聯(lián)動排桿校驗

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在此階段應(yīng)用優(yōu)點如下：

1）快速優(yōu)化選線：充分利用電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)，使線路設(shè)計建立在可靠的數(shù)字化模型之上，并且由于衛(wèi)星圖片現(xiàn)時性好，所選走廊具有可靠性和合理性，可縮短線路長度，加快設(shè)計進度，節(jié)約投資。

2）在可行性研究初設(shè)階段進行施工圖深度的設(shè)計：在優(yōu)選的路徑上，利用數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)可實現(xiàn)多個線路走廊平斷面圖自動生成，并進行比較優(yōu)選，并且供設(shè)計人員預(yù)排桿位、桿塔使用檔距規(guī)劃，從而可提高桿塔的檔距利用系數(shù)，節(jié)約投資。

3）縮短線路建設(shè)工期：在預(yù)排的桿塔平斷面定位圖上，可以準確方便進行施工招標工程量及材料統(tǒng)計計算，把施工招標工作提前，加快線路建設(shè)工期。

2.6 輸電線路金具三維設(shè)計

在三維設(shè)計系統(tǒng)中，模擬真實的輸電設(shè)備（如桿塔、絕緣子、輸電線）是虛擬現(xiàn)實的基本要求，這使得模型本身會變得比較復(fù)雜，甚至要進行組合構(gòu)造。以桿塔為例，不但每個桿塔的高度、塔頭有差別，而且其包含的絕緣子也會根據(jù)桿塔的類型、方位、旋轉(zhuǎn)角度甚至與其它桿塔的關(guān)聯(lián)性而有不同的表現(xiàn)方式，因此，選用合理的設(shè)計模式和組織方法來處理電力設(shè)備對象也是實現(xiàn)輸電三維設(shè)計系統(tǒng)的一個重點。

三維輸電線路設(shè)計平臺中包含各電壓等級常用的金具模型，其尺寸軍事按照國網(wǎng)通用設(shè)計尺寸建模生成，且每個金具均是采用參數(shù)化設(shè)計，可根據(jù)通用設(shè)計中的金具組裝圖拼接組成金具串圖的三維模型，同時系統(tǒng)會自動校驗金具之間的連接點是否匹配，并對金具的轉(zhuǎn)向進行自動調(diào)整。相比以往的二維金具串設(shè)計方法，三維手段更直觀靈活，可避免金具零件間的連接和碰撞問題，同時也可生成二維平面的正視和側(cè)視圖、零件表（見圖15、圖16）。

圖15 線路金具在三維設(shè)計系統(tǒng)下建模圖

圖16 本工程線路三維金具串建模圖

三維設(shè)計平臺內(nèi)集成跳線設(shè)計模塊，可以采用準確的數(shù)學、物理模型，使用有限元計算方法，準確計算各種工況下各絕緣子串位置和跳線的空間軌跡，從而精確的求出跳線和鐵塔和桿件、鐵帽、重錘之間的距離，自動優(yōu)選出最佳跳線長度，保證各部分的安全距離。同時也可以根據(jù)實際需要設(shè)計模擬新型非常規(guī)的跳線方式（見圖17）。

圖17 三維跳線計算成果圖

2.7 鐵塔三維設(shè)計

鐵塔三維建模主要采用參數(shù)化建模的方法，根據(jù)使用條件，電壓等級，地形條件分類建立鐵塔的標準模型庫，在建模時將整個鐵塔分解為各種基本的結(jié)構(gòu)模塊，通過對結(jié)構(gòu)模塊的空間變化和集成，最終生成復(fù)雜的鐵塔三維結(jié)構(gòu)的模型（見圖18）。

圖18 鐵塔三維建模

鐵塔三維模型建立完畢后，三維數(shù)字化平臺自動聯(lián)動滿應(yīng)力分析程序，對鐵塔進行滿應(yīng)力優(yōu)化計算分析，并自動生成鐵塔的司令圖。

2.8 基礎(chǔ)三維設(shè)計

鐵塔基礎(chǔ)占整個工程投資的30%左右，基礎(chǔ)工期約戰(zhàn)總體工期的一半，基礎(chǔ)材料運輸量約戰(zhàn)60%。因此，為了減少鐵塔基礎(chǔ)的土石方開挖及混凝土和鋼筋的用量，縮短建設(shè)工期，減少對周圍環(huán)境的影響，降低工程建設(shè)費用，特別是根據(jù)不同的地質(zhì)特點，因地制宜的選用合理、經(jīng)濟的基礎(chǔ)形式具有重要的意義。

應(yīng)用三維設(shè)計系統(tǒng)，輸入地質(zhì)參數(shù)，通過軟件優(yōu)化分析，提出最優(yōu)的基礎(chǔ)型式。當前基礎(chǔ)設(shè)計主流的還是二維設(shè)計方法，無法清晰直觀的反映基礎(chǔ)尺寸以及鋼筋的空間位置，往往導(dǎo)致問題難以發(fā)現(xiàn)，施工無法順利進行，采用三維設(shè)計方法可以改變以往擊錘二維設(shè)計中直觀效果不佳，基礎(chǔ)鋼筋位置碰撞等不足，而且三維設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)可以為后期基礎(chǔ)配置提供依據(jù)（見圖19）。

圖19 基礎(chǔ)三維建模

通過平臺可以查詢塔基任一點的高程、并可對塔基任一斷面進行剖切，從而獲得設(shè)計人員需要的設(shè)計資料進行全方位長短腿和不等高基礎(chǔ)的配置，平臺設(shè)計可實現(xiàn)三維校驗和二維出圖，實現(xiàn)設(shè)計無死角的先進理念（見圖20）。

圖20 基礎(chǔ)配合鐵塔高低腿三維建模

2.9 三維空間量交叉跨越物統(tǒng)計

利用三維空間量測算功能，智能判別房屋、林木是否需要拆遷以及砍伐，工程量精度大大提高，特別是對擁擠地段的房屋面積、層數(shù)、結(jié)構(gòu)以及材質(zhì)進行準確統(tǒng)計，能夠從不同角度對地面系統(tǒng)的物體進行全方位展示，可以準確的度量地面系統(tǒng)中各建構(gòu)筑物之間的距離，通過設(shè)定輸電線路走廊范圍寬度即可確定拆遷范圍（見圖21）。

圖21 線路廊道交跨物三維模擬

2.10 設(shè)計成果移交

在輸電線路設(shè)計結(jié)束后，要向業(yè)主和施工單位交樁，過去一般采取野外現(xiàn)場交樁，不可能每級桿塔都交樁到位。而現(xiàn)在根據(jù)電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)采用線路路徑和三維建模成果，可實現(xiàn)室內(nèi)模擬交樁，每基桿塔都可以瀏覽到，在電腦上就可以對整個線路塔位有非常直觀的印象，并把桿塔路徑導(dǎo)入到手機版導(dǎo)航軟件，利用帶有GPS功能的手機就可對全線桿塔進行導(dǎo)航，施工單位就能快速找到每級桿塔中心樁。和現(xiàn)場交樁比較，效果好，節(jié)省了現(xiàn)場交樁的時間，施工單位能更清楚的了解每級塔位的位置及交通狀況，以便合理安排施工。

三維設(shè)計成果能夠讓參建各方直觀的理解設(shè)計方案，方便施工單位優(yōu)化施工場地布置及施工方案，方便建設(shè)管理單位施工要素的4D動態(tài)集成管理，施工過程的4D可視化模擬，提升建設(shè)過程的精細化管理能極大提高整個工程建設(shè)進度。

3 電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在輸電線路施工中的應(yīng)用

輸電線路具有路徑長、范圍廣以及沿線環(huán)境復(fù)雜等特點，這使得線路工程施工過程中難點多、周期長。以往工程設(shè)計中缺乏考慮施工條件，使得后續(xù)施工難度大甚至無法保證施工質(zhì)量或帶來施工人員的人身傷害。為了方便后續(xù)工程施工，在設(shè)計階段采用三維技術(shù)對出、鐵塔、防線以及物料運輸進行優(yōu)化設(shè)計，以使設(shè)計與施工想你結(jié)合，從根本上排除施工難題，保證施工質(zhì)量和施工進度。

3.1 物料堆放場選擇

本輸電線路工程投資巨大、施工周期長、施工現(xiàn)場復(fù)雜、變動性大、項目涉及的單位廣、人員多等特點，物料管理及運輸相對復(fù)雜。物料堆放場地選擇，關(guān)系到以后的物料運輸，所以而輸電線路施工料場的選址問題更是重中之重。

本線路工程使用電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)中的選址組件，自動對選好的料場點進行評價。操作步驟如下：首先找出本工程可以建立物料場的所有地點，并進行排序；其次是基于網(wǎng)絡(luò)布局最優(yōu)原則，從備選點選出所需的物料堆放點。此過程需要線路區(qū)域的交通數(shù)據(jù)，全線桿塔位置數(shù)據(jù)錄入軟件中，才能進行。

3.2 臨時道路修建方案

按照設(shè)計先行原則，在設(shè)計階段應(yīng)初步提出桿塔施工臨時道路修建方案。

3.2.1 物料運輸三維優(yōu)化和管控

利用三維可是技術(shù)手段，還原塔位所處原始地形地貌，結(jié)合運輸接卸特性和相殘使用參數(shù)，優(yōu)選立塔位置，在滿足設(shè)計要求的前提下降低施工運輸及材料堆放的困難，并且從設(shè)計角度給出物料運輸?shù)慕ㄗh方案，從而達到降低工程總造價的目標。

首先，把收集線路區(qū)域的最新影像數(shù)據(jù)、高精度的地面高程數(shù)據(jù)、道路交通信息及線路路徑、桿塔信息錄入電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)。在電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)中建立帶有交通信息的地面三維模型（見圖22）。

圖22 三維效果圖

3.2.2 臨時道路修建方案確定

輸電線路工程施工機具、設(shè)備及材料的運輸進出場需要利用現(xiàn)有的道路，道路條件較好的機械化程度較高，可以利用現(xiàn)有設(shè)備進行施工，且施工效率較高，對于部分道路條件較差，且地形條件較好的樁號，可以修筑臨時道路，便于施工設(shè)備、材料的運輸，平原泥沼地帶的臨時道路主要采用鋪設(shè)鋼板為主，平丘地區(qū)的臨時道路的修筑主要采用挖掘機、推土機及裝載機為主，對于部分山地樁號需鑿巖機配合。

在電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)，可以方便找出離塔位最近的道路點。充分利用已有道路，對于需修筑臨時道路的塔位，經(jīng)過綜合造價分析，確定該桿塔是否適用全機械化在施工。如適用，作出臨時道路修筑的合理方案（見圖23）。

圖23 塔位臨時道路修建方案

如上圖所示，在電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)找到達56號塔最近的施工車輛到達點，56#臨時道路修建方案，再提取兩點的三維坐標，計算該段臨時道路修建長度和坡度，從而最終確定該塔物料運輸采用履帶式運輸車，較為合理。

3.3 物料運輸調(diào)配

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)包含本線路所有的桿塔及交通信息，便于從整體把握分析，選擇最優(yōu)從物料堆放點至每級桿塔的最優(yōu)路徑（見圖24）。

圖24 物料運輸路線規(guī)劃示例

物料運輸路線規(guī)劃圖，是在電網(wǎng)三維設(shè)計平臺規(guī)劃的物料運輸方案。從物料堆放點1到輸電線路J3-J6段的汽車運輸方案，根據(jù)桿塔位置、地形及道路現(xiàn)狀，從全局出發(fā)選擇的經(jīng)濟合理的運輸方案。運輸方案確立后，在施工過程中根據(jù)該段桿塔施工進程情況及現(xiàn)有的車輛數(shù)量，高效調(diào)配運輸車輛。

4 電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在運行維護中的應(yīng)用

4.1 日常線路維護

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)輸電線路設(shè)計圖紙和設(shè)計變更圖紙可快速生成桿塔的臺賬信息，在電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)直觀地顯示出線路走向和桿塔臺帳資料后，維護人員和管理人員能容易地查找電網(wǎng)中每一條線路、每一基桿塔的相關(guān)情況。大大提升了線路的管理水平。在大電網(wǎng)環(huán)境下，利用電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)平臺能清晰地觀察到電網(wǎng)的大范圍情況，對于薄弱區(qū)域能及早預(yù)防，像多雷區(qū)、污穢區(qū)、臺風區(qū)等都能很好地觀察（見圖25）。

圖25 本線路工程周邊以及生態(tài)紅線和污穢區(qū)示意

4.2 線路應(yīng)急搶修

把維護區(qū)域電網(wǎng)臺賬、位置信息錄入電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)使用后，能方便的查找每條輸電線路及塔位，還能選擇合理有效的搶修路徑，制定出相對合理的檢修方案和應(yīng)急方案。當有線路搶修時，能提供一份詳細的地理信息圖，為提前恢復(fù)供電爭取到更多的時間（見圖26）。

圖26 工程本體塔、串、基礎(chǔ)信息一覽

5 結(jié)語

電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)在電力線路勘測設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。目前線路設(shè)計主要依靠還是CAD平臺，其具有強大的繪圖功能和數(shù)據(jù)處理能力，但是三維圖像能力不足，不夠直觀。因此，將CAD平臺整合進電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)中，將大大提高線路設(shè)計效率和質(zhì)量，對傳統(tǒng)設(shè)計方式將是一次重大變革。

通過電網(wǎng)三維設(shè)計系統(tǒng)將輸電桿塔三維模型，臺賬在線監(jiān)測等信息有機的組織在一起，向用戶展示了全面的地形，地貌信息，構(gòu)建了一個真實的三維輸電線路模型，為勘測設(shè)計，設(shè)計評審、施工管理、應(yīng)急搶修提供了有力支撐，以信息科技為輔助手段，有效地提高了工作效率，為電網(wǎng)運行的安全性、可靠性提供了有力保障。可以預(yù)計在電網(wǎng)三維設(shè)計是必然趨勢。

在全機械化施工中，通過電網(wǎng)三維設(shè)計平臺，在輸電線路設(shè)計中，已整體考慮桿塔詳細施工方案，物料運輸方案，施工單位按照設(shè)計單位提供的施工方案，可以最大程度提高建設(shè)效率，節(jié)約輸電線路的建設(shè)成本。